x-59 NASA

Så här tänker Nasa återinföra överljudsflygresor med passagerare

Alltsedan 2003 har inga flygplan som spränger ljudvallen flugit över himlen. Detta ska Nasas X-59 QueSST-flygplan ändra på.

Alltsedan 2003 har inga flygplan som spränger ljudvallen flugit över himlen. Detta ska Nasas X-59 QueSST-flygplan ändra på.

Lockheed Martin Corporation/Wikimedia

Det senaste passagerarplanet som kunde bryta genom ljudvallen landade 2003. Europeiska Concorde hade flugits sedan 1976 – men inte utan problem.

Förutom att använda extraordinärt mycket bränsle kunde Concorde enbart flyga i överljudshastighet över havet, eftersom den ljudbang som den orsakade när planet bröt genom ljudvallen kunde krossa glas och orsaka hörselskador.

Just av denna anledning har överljudsflygningar över land varit förbjudet i USA sedan 1973 efter många klagomål från civila. Detta ska nu Nasa att ändra på det, skriver de i ett pressmeddelande.

Tillsammans med teknikföretaget Lockheed Martin har de utvecklat flygplanet X-59 QueSST, vars speciella design kan minska överljudsbangen så att den i stället blir en "överljudsduns".

x-59 model

En 3D-modell av X-59 QueSST. Dess platta nos och smala kropp måste sprida stötvågor runt flygplanet, vilket gör att de så kallade ljudbangar försvinner när flygplanet bryter ljudvallen.

© NASA

Bang krossar glas

När ett flygplan överskrider ljudets hastighet och därmed bryter genom ljudvallen uppstår en hög smäll på upp till 110 decibel. Det kallas för ljudbang, överljudsknall eller "sonic boom".

Det är temperatur, lufttryck och flygplansmaterialet som avgör när ljudvallen sprängs, men på tio kilometers höjd, där det är runt 60 minusgrader, kan ljudbangen inträffa vid 1 062 km/h.

När ett flygplan närmar sig ljudets hastighet komprimeras ljudvågorna framför flygplanet och bildar en "ljudvall". Tryckvågor framför och bakom planet bildar en stötvåg, som upplevs från marken som en enorm smäll.

I dag får flygplan bara nå upp i överljudshastighetet när de befinner sig över vatten eller på 9 145 meters höjd över marken. Därför når de flesta passagerarflygplan en maxhastighet på 926 km/h.

Eftersom ljudbangen är så pass hög att den kan krossa glas på marken och vara extremt störande för boende i drabbade områden har ingenjörer länge sökt en designlösning som kan minska smällen.

Design sprider chockvågor

Nu har Nasa enligt uppgift hittat denna lösning i och med sin X-59 QueSST (Quiet SuperSonic Technology).

Med en längd på 29,5 meter och en bredd på nio meter är X-59 ett testplan för att undersöka hur ingenjörer kan dämpa ljudbangen. Detta kan leda till ett prejudikat för andra typer av flygplan, såsom passagerarflygplan.

Med hjälp av ett modellprogram som heter Computational Fluid Dynamics kunde ingenjörerna med datorernas hjälp förutsäga var luftmolekyler skulle behöva röra sig för att inte generera oljud.

x-59 cfd

Med hjälp av modellprogrammet Computational Fluid Dynamics kunde ingenjörerna se hur luftmolekylerna rörde sig runt en datormodell av X-59.

© NASA

Baserat på dessa resultat designade ingenjörerna flygplanets yttre linjer i en smal och platt design som sprider överljudsstötvågorna på ett sätt som förhindrar att de karakteristiska höga ljudbangarna uppstår.

Den nya designen ger i stället en tyst "sonic bump" eller överljudsduns – om det ens hörs något alls.

x-59 konstruktion

Teknikföretaget Lockheed Martin ansvarar för att bygga X-59. En modell av flygplanet har genomgått ett antal viktiga tester och är redo för sin premiärtur under 2023.

© NASA/ Lockheed Martin

Detta testplan kan nå en hastighet på 1,42 Mach, vilket motsvarar drygt 1 510 km/h. Som jämförelse kunde Concorde nå en hastighet av Mach 2.

Mach-värdet beskrivs kortfattat som en enhet som mäter ett föremåls hastighet i förhållande till ljudets hastighet.

Cockpiten på X-59 är också speciell, eftersom fronten på planet är lång och smal. Det innebär att piloterna inte kommer att kunna se särskilt mycket från vindrutan.

I stället kommer de att få hjälp av en liten HD-skärm som använder Nasas eXternal Vision System för säker navigering, där små sensorer på planet bidrar med bilder till piloten.

Överljudspassagerarflygplan till 2030

En miniatyrmodell av X-59 har redan testats i vindtunnlar med stor framgång och i våras gick en riktig modell av flygplanet igenom en rad viktiga tester på land.

x-59 vindtunnel

Tidiga tester av flygplanets design har utförts med en miniatyrmodell av X-59 i en vindtunnel.

© NASA

Nasa räknar med att X-59 ska vara klar för sin första flygning under 2023. Då kommer X-59 att göra en serie testflygningar över bostadsområden, där den ska spränga ljudvallen.

Invånarna kommer därefter att tillfrågas om hur mycket ljudbangen har stört dem. Resultaten skickas sedan ut till lagstiftare runt om i världen för att förbudet mot överljudsflyg över land ska kunna omvärderas.

Om allt går enligt plan kan ett överljudsflygplan vara inom räckhåll innan vi når 2030.

När Concorde-trafiken var som störst kunde flygplanet tillryggalägga resan från London till New York på 3,5 timmar. Denna resa i dag tar sju timmar.